光纖電流傳感器是一種新型的電流傳感器,，與電磁式電流互感器相比,，基于光學(xué)、微電子,、微機技術(shù)的光纖式電流傳感器(OFCT),，具有無鐵心、絕緣結(jié)構(gòu)簡單可靠,，體積小,、重量輕、線性度好,、動態(tài)范圍大,、無飽和現(xiàn)象，輸出信號可直接與微機化計量及保護設(shè)備接口等優(yōu)點,。這些優(yōu)點既滿足,、推動了電力系統(tǒng)的發(fā)展，而且應(yīng)用前景十分廣闊,。

　　當(dāng)線偏振光(見光的偏振)在介質(zhì)中傳播時,，若在平行于光的傳播方向上加一強磁場，則光振動方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度ψ與磁感應(yīng)強度B和光穿越介質(zhì)的長度l的乘積成正比,，即ψ=VBl,，比例系數(shù)V稱為費爾德常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān),。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向,。上述現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)。1845年由M.法拉第發(fā)現(xiàn),。

　　由于光在光纖中,，一邊反射，一邊行進,，偏振波相應(yīng)于曲線的形狀會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn),。針對此現(xiàn)象，在光纖的一端設(shè)置一塊鏡面導(dǎo)致光纖中光線的往返,，借助光的來回往返,，成功補償和解決了偏振波的旋轉(zhuǎn)問題。將鉛玻璃光纖用于傳感器元件,，并結(jié)合利用鏡面的方法,，只需把光纖卷繞在載流導(dǎo)體上，用于電流計測的反射型傳感器就基本完成,。其次,，開發(fā)了調(diào)制程度的平均處理與信號處理方式，這有利于特性的穩(wěn)定及噪音的抑制,。此外,，對光源、受光元件,、信號傳輸光纖等種類與傳感器特性的關(guān)系進行了研究,，而且，慎重選擇了旨在降低成本和實現(xiàn)小型化的傳感器制作技術(shù),。目前,，光纖傳感器技術(shù)正朝實用化的方向進展，以適應(yīng)電力系統(tǒng)的廣泛需求,。

　　光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)

　　光纖電流傳感器主要由傳感頭、輸送與接收光纖,、電子回路等三部分組成,，如圖1所示。傳感頭包含載流導(dǎo)體,，繞于載流導(dǎo)體上的傳感光纖,，以及起偏鏡、檢偏鏡等光學(xué)部件。電子回路則有光源,、受光元件,、信號處理電路等。從傳感頭有無電源的角度,，可分為無源式和有源式兩類,。

　　圖一光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖光纖電流傳感器工作原理

　　光纖電流傳感器是以法拉第磁光效應(yīng)為基礎(chǔ)，以光纖為介質(zhì)的新興電力計量裝置,，它通過測量光波在通過磁光材料時其偏振面由于電流產(chǎn)生的磁場的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)的角度來確定被測電流的大小,。傳感頭是光纖電流傳感器最為重要和關(guān)鍵的部件。分析了全光纖型和混合型光纖電流傳感器傳感頭的結(jié)構(gòu)和工作原理,，對改進光纖電流傳感器的設(shè)計,，提高光纖電流傳感器的性能具有重要的指導(dǎo)作用。

　　光纖回轉(zhuǎn)儀是MOCT(光纖電流互感器)的核心部件,，它由光源,，探測器，調(diào)節(jié)器,，以及纏繞電流導(dǎo)線的光電探頭組成,。其中調(diào)節(jié)器是光纖電流傳感器的核心部件，通過這套系統(tǒng)可以對電流進行精確測量,，此項技術(shù)受20多項國際專利保護,。光纖回轉(zhuǎn)儀最早由波音公司和霍尼韋爾公司共同研制。

　　光纖電流傳感器的優(yōu)點

　　與傳統(tǒng)的電磁式CT 比較,，光纖電流傳感器除具有前述的優(yōu)點以外還具備：

　　(1)容易安裝,，不用斷開導(dǎo)線，僅將細長,、柔軟的絕緣光纖卷繞在導(dǎo)體上就可檢測電流,，能實現(xiàn)整個傳感裝置的小利輕量化;

　　(2)無電磁噪音的干擾。近年的計測控制系統(tǒng)中,，一般將傳感器的輸出連接于半導(dǎo)體的電子回路,，傳感裝置本身全部由光學(xué)器件構(gòu)成，故具有抗電磁干擾(EMI)特性;

　　(3)計測范圍廣,，沒有鐵心磁飽和的制約,，同時，法拉第效應(yīng)的響應(yīng)速度快,，具有從低頻到高頻,、到大電流的廣闊測量范闈;

　　(4)因為信號通過光纖傳輸。波形畸變小,。傳輸損耗小,，故可實現(xiàn)長距離的信號傳輸,。

　　光纖電流傳感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　國外在六十年代就已開始對光纖電流傳感器進行研究。美國,、日本及西歐的一些國家的研究機構(gòu)和一些電氣儀器公司都在此領(lǐng)域作了大量的工作,，如美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所、貝爾實驗室,、日本的中央研究所,、NEC公司及東芝、松下等公司,、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院等,，到八十年代初期，光纖電流傳感器開始進入工業(yè)試用階段,。

　　1986 年美國的田納西州流域電力管理局(TVA)在其所屬的Chkamauga水壩電力編組站安裝了第一臺單相高電壓光學(xué)計量用的電流互感器,，可靠地運行兩年多后拆除。電站的常規(guī)電壓互感器為OCT 提供電壓,。在一年的千瓦小時的計量中,，與參照系統(tǒng)比僅變化0.08%。按照各種預(yù)定的條件如負(fù)載,、溫度,、濕度以及電磁干攏等條件下完成了其應(yīng)負(fù)的任務(wù)。在變電站的環(huán)境中,，展現(xiàn)出穩(wěn)定,、準(zhǔn)確的性能。

　　國內(nèi)應(yīng)用法拉第效應(yīng)的光學(xué)電流傳感器處于探索階段,，在“六五”期間,，以1982 年9月在上海召開的“激光工業(yè)應(yīng)用座談會”為起步，先后有多家單位進行這方面的研究,，中電八所,、上海硅酸鹽所、上海冶金所,、華北電力局,、北京化工學(xué)院、清華大學(xué),、華中理工大學(xué)等都取得一定成果,。

　　據(jù)第15 屆國際光纖傳感器會議統(tǒng)計在FOS市場份額中，“應(yīng)力”占23%,，“溫度”占17.2%,，“氣壓聲學(xué)”占15.2%，“電流電壓”占12.2%,，“化學(xué)汽體”占11.3%。就傳感器類型來說，“光纖光柵”占44.2%,，“分光計”占11.1%,，“散鐘反射”占10%，“Fraday旋光效應(yīng)”占6.9%,，“熒為黑體”占6.6%,。

　　光纖電流傳感器不僅能用于電力系統(tǒng)中電流的測量，而且與電機制造廠,、測量儀器儀表廠結(jié)合,，還可研制開發(fā)線路事故點的標(biāo)定裝置及事故區(qū)間的判定裝置等一系列電力系統(tǒng)的測量、診斷裝置,。如下圖所示,。

圖三是基于法拉第電磁效應(yīng)的光纖電流傳感器外觀

 

　　

 

　　圖四是基于法拉第電磁效應(yīng)的光纖電流傳感器的傳感頭

　　

 

　　圖五是基于法拉第電磁效應(yīng)的光纖電流傳感器應(yīng)用于架空電纜的線路，用于判定事故發(fā)生區(qū)間判定

　　

 

　　圖六是基于法拉第電磁效應(yīng)的光纖電流傳感器安裝于275KV地下輸電線,，用于檢測輸電線的浪涌電流